《缓冲溶液的配制与性质》
实验一 缓冲溶液的配制和性质、溶液pH 值测定
【实验目的】
1. 学习缓冲溶液及常用等渗磷酸盐缓冲溶液的配制方法。
2. 加深对缓冲溶液性质的理解。
3. 强化吸量管的使用方法。
4. 学习使用pHS-2C 型酸度计。
5.
培养环境保护意识。
【预习作业】
1. 一般性溶液与缓冲溶液有什么不同？
2. 缓冲溶液的性质有哪些？
3. 如何衡量缓冲溶液的缓冲能力大小？缓冲溶液的缓冲能力与什么因素有关？
4. 实验是如何设计以验证缓冲溶液所具有的性质及缓冲容量的影响因素的，设计时有哪些注意事项？
5. 该如何检测缓冲溶液的pH 值是否发生改变？是否均需要用pH 计？
6. 本实验属定量测定还是定性测定或半定量测定？
【实验原理】
普通溶液不具备抗酸、抗碱、抗稀释作用。 缓冲溶液通常是由足够浓度的弱酸及其共轭碱、弱碱及其共轭酸或多元酸的酸式盐及其次级盐组成的，具有抵抗外加的少量强酸或强碱、或适当稀释而保持溶液pH 值基本不变的作用。
本实验通过将普通溶液和配制成的缓冲溶液对加入酸、碱或适当稀释前后pH 数值的变化来探讨缓冲溶液的性质。
根据缓冲溶液中共轭酸碱对所存在的质子转移平衡：
HB ? B －
+H 3O +
缓冲溶液pH 值的计算公式为：
缓冲比lg a p ]
共轭酸[]
共轭碱[lg a p [HB]][B lg p pH －+=+=+=K K K a
式中p K a 为共轭酸解离常数的负对数。此式表明：缓冲溶液的pH 值主要取决于弱酸的p K a
值，其次决定于其缓冲比。
需注意的是，由上述公式算得的pH 值是近似的，准确的计算应该用活度而不应该用浓度。要配制准确pH 值的缓冲溶液，可参考有关手册和参考书上的配方，它们的pH 值是由精确的实验方法确定的。
缓冲容量（β）是衡量缓冲能力大小的尺度。缓冲容量（β）的大小与缓冲溶液总浓度、
缓冲组分的比值有关。
1＋缓冲比
]
[B
×
＝2.303
]
[HB]＋[B
]
[B
×
[HB]
×
β＝2.303
－
－
－
缓冲溶液总浓度越大则β越大；缓冲比越趋向于1,则β越大，当缓冲比为1时，β达极大值。
实验室中最简单的测定缓冲容量的方法是利用酸碱指示剂变色来进行判断的。例如：本实验就使用了甲基红指示剂。
表2-3-1 甲基红指示剂变色范围
pH值＜4.2 4.2～6.3 ＞6.3
颜色红色橙色黄色
医学上常用PBS(等渗磷酸盐缓冲盐水)作为体外细胞缓冲培养液。PBS是与人体血浆渗透压(280～320mOsmol·L-1)等渗，并与人体血液pH值(7.35～7.45)一致的含有NaCl、KCl、Na2HPO4、KH2PO4等物质的磷酸盐缓冲液。根据不同用途，PBS有不同的配制方法，如用于细胞培养的pbs配方为：8g NaCl，0.2g KCl，0.24g KH2PO4，1.44g Na2HPO4，加水至800ml，用HCl调pH至7.4，补水至1L，消毒灭菌既得。
其在水溶液中的质子转移平衡如下：
H2PO4－＋H2O? H2PO42－＋H3O+K a2
由上式可知该缓冲液pH的计算公式为
2-
4
2-
24
[HPO]
[]
pH p a lg p a lg
[][KH PO]
K K
=+=+
共轭碱
共轭酸
该公式计算出来的数值由于未考虑溶液的活度，所以所得的数值仍为近似值。
【仪器与试剂】
仪器：吸量管(5mL×5，10mL×5)，比色管(20mL×4)，量筒(10mL)，烧杯(50mL×6)，试管(10mL×6，20mL×6)，滴管，玻棒，洗瓶，pHS-2C型酸度计等
试剂：1.0mol·L-1HAc，0.1mol·L-1HAc，1.0mol·L-1NaAc，0.10mol·L-1NaAc，
0.15mol·L-1KH2PO4，0.10mol·L-1Na2HPO4，0.15mol·L-1NaCl，0.15mol·L-1KCl，
1.0mol·L-1NaOH，1.0mol·L-1HCl，0.15mol·L-1HCl，蒸馏水，甲基红指示剂，广泛pH试纸，自带试样两份
【实验步骤】（方法1）
一、缓冲溶液的配制
按照表2-3-2中用量，用吸量管配制甲、乙、丙及细胞培养用PBS缓冲溶液于已标号的四支10mL，20mL比色管中，备用。
二、缓冲溶液的性质
1.缓冲溶液的抗酸、抗碱、抗稀释作用
取7支试管，按表2-3-3分别加入下列溶液，用广泛pH试纸测pH值。然后，分别在各试管中滴加2滴1mol·L-1HCl溶液或2滴1mol·L-1NaOH溶液，再测pH值。记录实验数据：解释所
得结果。
2.缓冲容量与缓冲溶液总浓度（c）及缓冲比
]
HB
[
]
B[-
的关系
取6支试管，按表2-3-4分别加入下列溶液，测pH值。然后，在1～4号试管中各加2滴
1mol·L-1HCl溶液或2滴1mol·L-1NaOH，再测pH值。5～6号试管中分别滴入2滴甲基红指示剂，溶液呈红色。然后一边振摇一边逐滴加入1.0mol·L-1NaOH溶液，直至溶液的颜色刚好变成黄色。记录所加的滴数。记录实验结果，解释所得结果。
三、PBS溶液及自带试样溶液pH值的测定
先用pH试纸测量PBS溶液及自带试样溶液的pH值。然后用pHS-2C型酸度计分别测定它们的pH值，比较一下所测的pH数值是否与你预想的一致。
【数据记录与结果分析】
日期：温度：相对湿度
表2-3-2 缓冲溶液的配制
编号试剂浓度/mol·L－1用量/mL 总体积/mL
甲
HAc 1.0 6.00
12.00
NaAc 1.0 6.00
乙
HAc 0.10 4.00
8.00
NaAc 0.10 4.00
丙
HAc 0.10 0.30
3.00
NaAc 0.10 2.70
细胞培养用
PBS
KH2PO40.15 0.20
17.70
Na2HPO40.10 1.70
NaCl 0.15 15.50
KCl0.15 0.30
表2-3-3 缓冲溶液的抗酸、抗碱、抗稀释作用
实验编号 1 2 3 4 5 6 7 缓冲溶液（甲）/mL 2.0 2.0 / / / / 2.0 H2O /mL / / 2.0 2.0 / / 5.0
NaCl /mL / / / / 2.0 2.0 /
pH(1)
1.0mol·L-1HCl /滴 2 / 2 / 2 / /
1.0mol·L-1NaOH /滴/ 2 / 2 / 2 /
pH(2)
∣⊿pH∣
结论：
表2-3-4 缓冲容量β与缓冲比（
]
HB
[
]
B[-
）及缓冲溶液总浓度（c）间的关系
实验项目β与c关系β与
]
HB
[
]
B[-
关系实验编号 1 2 3 4 5 6 缓冲溶液（甲）/mL 2.0 / 2.0 / / /
缓冲溶液（乙）/mL / 2.0 / 2.0 2.0 /
缓冲溶液（丙）/mL / / / / / 2.0
pH(1)
甲基红指示剂/滴/ / / / 2 2 溶液颜色/ / / /
1.0mol·L-1HCl /滴 2 2 / / / /
1.0mol·L-1NaOH /滴
/ /
2 2
至溶液
刚好变
成黄色
滴
至溶液
刚好变
成黄色
滴pH(2)
∣⊿pH∣
结论：
表2-3-5 PBS溶液及自带试样溶液pH值的测定
实验项目PBS溶液自带试样1 自带试样2
pH试纸
pHS-2C
∣⊿pH∣
结论：
备注：本实验方法配制的细胞培养用PBS溶液，已与人体血浆渗透压等渗，若PBS溶液pH不等于7.4，可直接用0.15mol·L-1HCl调节至7.4。
【实验步骤】（方法2）
一、一般溶液的抗酸、抗碱、抗稀释作用
取10支试管，按照表2-3-6中用量，分别加入各种试剂，测pH值。然后，在各试管中分别滴加2滴1mol·L-1HCl溶液或1mol·L-1NaOH溶液，再测pH值。最后，在各试管中在加入5ml 蒸馏水，再测pH值。记录实验数据，解释普通溶液是否具有抗酸、抗碱、抗稀释作用。
二、缓冲溶液的配制及性质
取8支试管，按照表2-3-7中用量，分别加入各种试剂，测pH值。然后，在各试管中分别滴加2滴1mol·L-1HCl溶液或1mol·L-1NaOH溶液或蒸馏水，再测pH值。记录实验结果，解释缓冲溶液的抗酸、抗碱、抗稀释作用及缓冲容量的影响因素。
三、PBS溶液的配制及自带试样溶液pH值的测定
取50ml烧杯3个，其中一个按照表2-3-8中用量配制PBS溶液，然后用pH试纸测量PBS溶液及自带试样溶液的pH值。再用pHS-2C型酸度计分别测定它们的pH值，比较一下所测的pH 数值是否与你预想的一致。
【数据记录与结果分析】
日期：温度：相对湿度
表2-3-6 普通溶液否具有抗酸、抗碱、抗稀释作用
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1.0mol·L-1NaAc /ml 1.0 1.0
1.0mol·L-1HAc /ml 1.0 1.0
0.1mol·L-1NaAc/ml 1.0 1.0
0.1mol·L-1HAc/ml 1.0 1.0
0.15mol·L-1NaCl/ml 1.0 1.0
pH(1)
1.0mol·L-1HCl /滴 2 2 2 2 2
1.0mol·L-1NaOH /滴 2 2 2 2 2
pH(2)
∣⊿pH∣=
∣pH(2)－pH(1)∣
H2O（ml） 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 pH(3)
∣⊿pH∣=
∣pH(3)－pH(2)∣
结论：
表2-3-7 缓冲溶液的配制及性质
编号 1 2 3 4 5 6 7 8
1.0mol·L-1NaAc /ml 1.0 1.0 1.0
1.0mol·L-1HAc /ml 1.0 1.0 1.0
0.1mol·L-1NaAc /ml 1.0 1.0 1.0 1.0 0.2
0.1mol·L-1HAc /ml 1.0 1.0 1.0 1.0 1.8
缓冲溶液总浓度
缓冲比
pH值
甲基红/滴 2 2 1.0mol·L-1HCl /滴 2 2
1.0mol·L-1NaOH /滴 2 2
至溶液
刚好变
成黄色
滴
至溶液
刚好变
成黄色
滴H2O（ml） 5.0 5.0
pH值
∣⊿pH∣
结论：
表2-3-8 细胞培养用PBS缓冲溶液的配制及自带试样溶液pH值的测定试剂用量/mL 总体积/mL pH值（试纸）pH值（仪器）
0.15 mol·L－1KH2PO40.20
17.70
0.10 mol·L－1Na2HPO4 1.70
0.15 mol·L－1NaCl 15.50
0.15 mol·L－1KCl0.30
自带试样溶液1
自带试样溶液2
结论：
【思考题】
1.缓冲溶液的pH值由哪些因素决定?
2.为什么缓冲溶液具有缓冲能力?
3.pH试纸与pHS-2C型酸度计测定溶液的pH值的准确度如何?
4.为何每测定完一种溶液，复合电极需用蒸馏水洗净并吸干后才能测定另一种溶液?
5.本实验是如何设计以验证这些性质的？
6.本实验属定量测定还是定性测定或半定量测定？
7.如果只有HAc和NaOH，，HCl和NH3·H2O，KH3PO4和NaOH，能够进行上述实验吗？你将怎样进行实验设计？
>90
KMnO4K2MnO4
O2+
反应极慢,
H2C2O4>90
加热H2O2
2H2O
+
>1
2
C2O CO2+H2O
<0.5
KMnO2或K2MnO4
分解
此步不能加热，
KMnO4
0.004mol L-1溶液标定（MnO4- +5C2O42-+8H+ ）
2++10CO
2
+4H2O
0.1300-0.1400g
配成2C2O4标准溶液
Na2C2O4
20.00mL
2
C2O4标准溶液
3.0L-1
mol
2SO4溶液
10mL
KMnO4溶液
红色褪去
锥形瓶内溶液（获取催化剂Mn2+）
加热提高反应速率
（通过预反应获取催化剂Mn2+,提高反应速率）
介质
稀H2SO4不具氧化还原性
稀HNO3具氧化性
具还原性
稀HCl
L-1
mol
L
mol
选H2SO4
浓度
,避免高温分解产生副反应
过量KMnO4作指示剂(KMnO4自身紫红色)
从滴定管继续滴入待标定KMnO4溶液
30s不变色为终点（KMnO4溶液与空气中还原性物质作用颜色褪去）
计算出准确4溶液浓度（标准溶液）
测定市售双氧水中H2O2含量
准确移取20.00mL市售双氧水配制的待测H2O2溶液
加入3.0mL3L-1
mol H2SO4溶液
从滴定管滴入标准KMnO4溶液
粉红色溶液维系30s不变色为终点（KMnO4溶液与空气中还原性物质作用颜色褪去）
（）
计算出准确H2O2溶液浓度
（2MnO4-+5H2O2+6H+ 2Mn2++8H2O+5O2）
25mL滴定管消耗滴定液
5/2*20mL*0.004molL-1*100mL容量瓶/20mL待测液*M Na
2
C2O4
5mL
实验一仪器的认领、洗涤及干燥
实验三溶液的配制
容量仪器与量器的分类；它们的洗涤及干燥要求各有何共同点及不同点？共有几种洗涤方式，各用于哪些方面？
答提示：常规洗涤、化学洗涤、物理洗涤（如超声波）
针对溶质不同的存在状态，溶液配制分别有哪些方法？注意事项是什么？
答提示：考虑气相、液相、固相
针对溶质的物理和化学性质，配制溶液时应注意些什么？
答提示：考虑物理性质：挥发性、吸水性、吸热及放热
考虑化学性质：水解性、空气中与CO2作用、分子式与试剂名一致（吸湿，风化）、氧化或还原、分解…
使用容量瓶时，用滴管加水至刻度线时，为何“滴管要从刻度线以上1cm处沿颈壁缓缓滴加纯水至溶液弯月面最低点恰好与标线相切”，而不是刻度线以下1cm处？
答提示：一是体积影响，二是溶质被带起，对浓度影响
实验二称量练习
称量量具有几种？各用于什么范围？
称量方法有几种？分别在哪方面使用？
称量量具使用的注意事项是什么？解释不能直接进行热物称量的缘由。